天鐵熱軋180t轉爐底吹供氣系統的改造

左 歡，劉建龍

(天津工業職業學院天鐵校區，河北056404)

0 引言

頂底復吹轉爐煉鋼工藝相較于頂吹轉爐來說，具有成渣速度快、吹煉過程平穩、鋼渣反應趨于平衡、降低鋼中氣體和夾雜物等各方面技術和經濟優勢，所以得以在全世界鋼鐵企業迅猛發展。 長壽命轉爐復吹冶煉工藝是現代煉鋼必須采取的先進技術，在頂底復吹工藝實踐中，底吹供氣系統發揮著關鍵性的技術作用， 底吹供氣系統設備的合理選擇，底吹供氣元件的設計參數，底吹供氣系統在生產中的使用維護是復吹工藝發揮其冶金效果的前提[1]。 天鐵熱軋復吹轉爐的底吹供氣系統由于供氣強度小、易堵塞、壽命短等原因，復吹的優勢不能充分發揮。 為了改善底吹供氣系統的冶金效果和使用壽命，對底吹系統進行了改造，經過實踐，找到了維護底吹系統的措施，基本實現了底吹系統與爐襯壽命同步的目標，改善了冶金效果。

1 改造前供氣元件的技術工藝條件

1.1 天鐵180 t 轉爐原底吹系統裝備條件

原底吹系統為達涅利設計的8×24 孔彌散式底吹磚供氣系統，設計底吹強度0.06 Nm3(/t·min)，由24 根毛細金屬管埋進底吹磚內部， 毛細管孔徑4 mm，毛細管長800 mm，底吹磚上截面140 mm×100 mm，下截面160 mm×100 mm。

1.2 底吹供氣強度設定

底吹供氣強度控制模式分四個階段， 兌鐵和濺渣0.043 Nm3/(t·min)，冶煉過程采用小流量低強度模式0.017 Nm3/(t·min)，終點提槍前有一小段時間的強攪拌，底吹強度設定為0.035 Nm3/(t·min)。 吹煉過程底吹強度太小，最高值低于國內主流底吹供氣強度的下限值0.06 Nm3/(t·min)。

1.3 使用過程出現的技術問題

(1) 毛細管式透氣元件供氣流量偏小且范圍小，無法滿足轉爐吹煉過程強攪拌期對底吹流量的需求。 小流量底吹的引入曾經在轉爐頂底復吹冶煉工藝上取得過明顯改善金屬熔池攪拌動力學的效果，但隨著濺渣護爐工藝的普遍推廣與管理技術人員對高爐齡的盲目追逐，使小流量底吹的底吹透氣效果大打折扣[2]。 國內主流底吹供氣強度為0.06～0.10 Nm3/(t·min)，近年來，隨著轉爐新工藝、新產品的研究與推廣，大量實踐證明，較高底吹供氣強度對提高冶金效果有很好的促進作用。

(2)在爐役中期后，由于濺渣護爐操作不當，隨著爐底厚度的頻繁波動，透氣元件工作面被爐渣覆蓋，其形成體積較大的爐渣蘑菇頭，而爐渣蘑菇頭的氣體通道被厚爐底的爐襯所阻礙，使得供氣量減少小，難以滿足鋼種對底吹工藝的需求。

(3)底吹元件毛細管由于孔徑較小，一旦堵塞無法進行復通，各個透氣元件逐漸喪失底吹功能，而且堵塞產生很早， 在轉爐爐役的中前期即約3 000 爐時，底吹元件基本全部堵塞失效，根本無法保證底吹供氣系統與爐襯同壽命(爐襯壽命平均約10 000爐)，使得爐役中后期70%的爐次變為純頂吹工藝。

2 底吹供氣系統改造實施

2.1 底部供氣元件更換為環縫式底吹槍

環縫式底吹槍工藝參數。 環縫式底吹槍供氣元件由內層φ10×2 mm、中層φ16×2 mm 和外層φ22×2 mm 共三層金屬管同心套裝組成， 內層金屬管用耐火材料填充封死， 外層金屬管埋入耐火材料中，氣流通過三層金屬管間的兩層環縫進入爐內。 該供氣元件是由北京鋼鐵研究總院所發明的，2016 年與天鐵熱軋合作在改造2 號轉爐底吹系統中使用。

2.2 提升底吹供氣強度的調整范圍

提升底吹供氣強度最大至0.9 Nm3/(t·min)，大量的實踐表明，不同的鋼種要求的底吹供氣強度也不同，這與鋼種的冶煉工藝技術規程相關[3]。 天鐵熱軋轉爐之前的底吹供氣強度達不到行業平均水平下限，由此導致了前期成渣速度慢、脫磷效果差、吹煉過程不平穩、終渣氧化鐵含量高、鋼水潔凈度不能保證等不利后果，嚴重制約了鋼水的質量提升和生產成本的控制。

3 環縫式底吹槍的技術特點

改造后的環縫式底吹槍利用兩層金屬環縫向爐內供氣，底吹氣流經過光滑的金屬管內壁，避免對耐火材料的沖刷。 兩層環縫的寬度均約1 mm，狹小的環縫縫隙使得鋼水難以灌入，從而保證了在低底吹氣壓工作條件下不易堵塞。 環縫式底吹槍相較于毛細管式供氣元件供氣面積增大，供氣阻力相對減小，所以可以采用較高供氣強度和較大供氣強度范圍。 在冶煉過程中，金屬液和爐渣在環縫式底吹槍端部容易形成爐渣—金屬蘑菇頭，這種爐渣—金屬蘑菇頭透氣性良好，滿足吹煉工藝過程對底吹供氣強度的靈活調整，并且具有較高的熔點和抗氧化侵蝕的能力，起到了保護供氣元件不被侵蝕和防止供氣元件堵塞的作用。

4 實施效果

4.1 底吹效果對比

通過對底吹系統的改造， 底吹效果明顯好轉，底吹供氣強度由0.01～0.05 Nm3/(t·min) 提高到了0.03～0.09 Nm3/(t·min)。

4.2 底吹元件狀態對比

由圖1，2 可見， 改造后環縫式底吹供氣元件狀態良好，8 個底吹孔清晰可辨，而毛細管式供氣元件狀態很差，8 個底吹孔基本已經堵塞，所以的改造后底吹透氣效果更佳。

圖1 3500 爐毛細管式供氣元件狀態

圖2 5600 爐環縫式底吹供氣元件狀態

4.3 冶金效果對比

4.3.1 金屬收得率提升

通過爐渣成分數據對比(見表1)，可以看出改造后爐渣(TFe)含量下降，說明改造后的底吹供氣系統能夠較好的實現降低終渣中氧化鐵的作用。 同時由于底吹系統提供的良好的化渣效果，石灰和白云石等輔料的消耗量也有所下降，經過統計，石灰消耗平均降低5 kg/t，降低14.6%；白云石消耗平均降低4 kg/t，降低幅度13.5%，證明了良好的底吹效果能夠大幅度降低冶煉渣料消耗，這為少渣煉鋼工藝提供了技術支持。 爐渣中全鐵含量下降和渣量的減少促使金屬收得率顯著提升。

4.3.2 碳氧積對比

碳氧積的變化最能反映冶金效果， 通過下表2可以看出改造后碳氧濃度積顯著降低。

表2 分別取20 爐相同鋼種一次倒爐命中碳氧積

4.3.3 脫磷效果對比

采集50 爐相同鋼種爐次數據， 鐵水磷平均值0.120%， 過程磷平均值0.029%， 終點磷平均值0.015%，全程平均脫磷率90%，說明改造后的底吹供氣系統化渣、脫磷效果明顯。

4.3.4 合金成本降低

改造后冶煉低碳鋼終點鋼水氧化性降低，鋁鐵平均消耗由2.1 kg/t 降低到1.74 kg/t。轉爐鋼水殘錳量也普遍有所提高，在鐵水錳含量和終點碳含量相近的情況下，鋼水殘錳量平均提高了0.02%，節省錳鐵合金0.4 kg/t。

4.4 底吹供氣元件壽命實現了與爐齡同步

采用了環縫式底吹供氣元件， 容易生成渣-金屬蘑菇頭，有效的保護底吹供氣元件。 而且當底吹供氣元件堵塞時，可以通過加大底吹流量進行吹堵處理。 天鐵熱軋長壽命復吹轉爐冶煉工藝自2016年8 月開始實施，至2017 年10 月完成，本爐役爐齡為8212 爐， 環縫式底吹供氣元件壽命實現了與爐齡同步的技術要求。

5 環縫式底吹槍的維護措施

5.1 影響底吹元件使用效果的原因分析

經過現場分層分析， 找出了影響底吹元件使用效果的因素：爐底操作，濺渣操作，底吹強度控制，補爐操作，吹煉強度控制以及其他操作。 統計情況見下表3。

表3 影響底吹效果調查表

由表3 可以看出，爐底控制、濺渣操作和底吹強度控制，是影響轉爐底吹的主要因素，因此針對爐底控制和濺渣操作和底吹強度控制制定相應措施。

5.2 爐底控制措施

(1)穩定裝入量，每班堅持爐襯測厚，結合副槍測試出的液面高度， 判斷爐底厚度及漲幅程度，保證爐底濺渣保護層厚度在0～200 mm 范圍。

(2)根據不同的鋼種選擇合適的底吹模型，保證其暢通度。 結合爐底的厚度，適時調整渣中合適的R 及MgO 含量。 也可以通過冶煉鋼種的選擇，來控制爐底高度。 若爐底上漲，可以適當降低終渣中R、MgO 含量，根據終渣粘稠程度，適當縮短濺渣時間和調整濺渣槍位， 也可以多冶煉低碳鋼來降爐底。 反之若爐底下降，則提高渣中R、MgO 含量，根據終渣情況，將爐渣粘度提高，延長濺渣時間，適當冶煉普碳或高碳鋼來漲爐底。

(3)針對爐底薄弱部位降低支路供氣流量，必要時應采取加廢鋼前墊料措施。

5.3 濺渣操作措施

(1)在爐底上漲的情況下，要嚴防底吹透氣磚堵塞。 底吹供氣流量適當增加，濺渣槍位相對液面高度按“0”位控制，根據實際情況酌情降低濺渣率。

(2)在爐底持續下降的情況下，把終點渣做粘，若鐵水熱量不足，應提高鐵水單耗，濺渣槍位開吹按500 mm 控制，在爐口有渣粒出現時，槍位提高到1 000～1 500 mm，濺渣后，空爐零位等待3～5 min 用渣墊爐底。 在終點渣較粘的情況下，出鋼和濺渣時適當增加供氣流量。

(3)當爐況較差時，一方面要提高終渣的粘度，另一方面提高濺渣效果，濺渣完畢后，爐子應向后搖動，在節奏允許的情況下，可停留2～3 min，以便讓出鋼面掛上渣，氧化性強的爐渣需經過改質后方可使用。 熔池與爐身下部交接處出現大面積薄弱時，應采取留渣、墊料作業，防止廢鋼機械沖刷對爐襯及爐底造成傷害。

5.4 底吹控制措施

(1)嚴格執行底吹模式要求，根據不同的鋼種、階段選擇不同的模式。

(2)崗位人員不得隨意更改底吹模型參數，如遇到特殊問題(如壓力、流量不正?；驁缶?及時聯系處理。 車間技術人員要經常關注爐底厚度、底吹支路壓力、流量、通暢度等參數。

(3)每月利用計劃檢修時間，車間技術人員要與檢修人員共同檢查底吹管路是否有漏氣點，開關是否靈敏，調節是否到位，對底吹閥門站里的氣動閥進行逐一檢查，避免發現不及時，造成底吹支路堵塞現象。

(4)車間技術人員要了解崗位操作情況、現場生產情況及外界影響因素，根據底吹畫面上的參數變化情況，及時調整。

6 結論

6.1 環縫式底吹槍實施效果良好

天鐵熱軋轉爐毛細管式供氣系統存在底吹強度低、易堵塞、壽命短等問題，改造后的環縫式底吹槍能夠適應冶煉工藝需求，實施效果良好：

(1)增大底吹供氣強度，可以有效提高底吹元件的透氣能力，滿足轉爐冶煉不同鋼種、吹煉不同時期對底吹強度的工藝需要。

(2)環縫式底吹槍在使用過程中不易堵塞。

(3)冶金效果得到了提升，主要表現在終渣全鐵降低、輔料消耗減少、碳氧積降低、脫磷效果提升、合金成本降低及提高鋼水的潔凈度。

(4)實現透氣元件堵塞后的復通能力，確保底吹元件的有效性。 提高了底吹元件的壽命，基本實現與轉爐襯體的同壽命，從而實現爐役全程的頂底復吹工藝。

6.2 環縫式底吹槍壽命可與爐齡同步

爐底控制、濺渣操作和底吹強度控制，是影響轉爐底吹的主要因素， 通過長時間的維護實踐，能夠實現底吹供氣元件的壽命與爐齡同步。